8梁的弯曲应力和强度计算
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抗弯强度的计算公式抗弯强度(Bending Strength)是指材料在受弯作用下发生破坏之前能承受的最大应力值,也是衡量材料抵抗弯曲变形和断裂的能力的重要参数之一、在工程设计和材料选择中,抗弯强度常常是一个关键的考虑因素。
弹性理论是计算抗弯强度的常用方法之一,它可以应用于弹性材料,如金属、混凝土等。
在弹性理论中,抗弯强度的计算公式可以通过应用梁理论中的弯曲应力公式得到。
假设梁的跨度为L,弯曲力矩为M。
根据梁理论,梁的弯曲应力σ可以表示为:σ=M/(W*y)其中,W是梁的截面模量(Section Modulus),y是梁截面上任意一点到中性轴的距离。
对于矩形截面梁,截面模量可以由下式计算:W=(b*h^2)/6其中,b是梁的宽度,h是梁的高度。
对于圆形截面梁,截面模量可以由下式计算:W=(π*d^3)/32其中,d是梁的直径。
这些公式可以用于计算梁的抗弯强度。
但需要注意的是,这些公式是在假设材料的应力应变关系服从线弹性的条件下得到的,对于非线性材料(如混凝土)或者具有大变形的材料,这些公式可能不适用。
除了基于弹性理论的计算方法外,还可以根据材料的破裂力学性质来计算抗弯强度。
破裂力学是研究材料在破裂前后力学性质变化的科学,通过分析材料的断裂行为和裂纹扩展来计算材料的抗弯强度。
破裂力学计算抗弯强度的方法有许多,常见的方法包括线弹性断裂力学(Linear Elastic Fracture Mechanics,LEFM)和非线性断裂力学(Nonlinear Fracture Mechanics,NLFM)等。
这些方法是基于裂纹尖端处的应力场和应变场的计算,通过计算裂纹尖端处的应力强度因子(Stress Intensity Factor,SIF)来确定材料的抗弯强度。
总之,计算抗弯强度的公式主要有两类:基于材料的弹性理论和基于材料的破裂力学。
这些公式可以帮助工程师和设计师选择合适的材料和设计结构,以满足抗弯强度的要求。
第八章弯曲应力与弯曲变形前面曾讨论了弯曲内力计算、内力图的绘制和平面几何性质,本章将解决弯曲的强度和刚度问题。
【能力目标、知识目标与学习要求】本章学习目标,知识目标和学习要求:本章学习内容要求学生熟练掌握弯曲强度计算的方法以及强度条件的应用,熟悉简单荷载作用下,用叠加法计算弯曲变形。
第一节弯曲应力本节将在第七章的基础上,进一步研究梁的横截面上内力的分布情况,即研究横截面上各点的应力。
通过研究,找出应力的分布规律,推导出应力的计算公式,从而解决梁的强度计算问题。
本节将分别讨论正应力σ和剪应力τ在横截面上的分布规律及其计算。
一、弯曲应力的种类由轴向拉伸与压缩和圆轴扭转可知,应力是与内力的形式相联系的,它们的关系是:应力为横截面上分布内力的集度。
梁弯曲时,横截面上一般是产生两种内力——剪力FQ和弯矩M(图8-1),这些内力皆是该截面内力系合成的结果。
由于剪力FQ是和横截面相切的内力,所以它是与横截面相切的剪应力的合力;而弯矩M则是作用面与横截面垂直的力偶矩,故它是由与横截面垂直的正应力合成的结果。
总之,由于梁的横截面上一般同时存在弯矩M和剪力FQ,所以,梁的横截面上σ,又有剪应力τ。
一般既有正应力二、弯曲正应力计算1、纯弯曲时梁横截面上的正应力:如图8-2所示的梁AB,CD段内只有弯矩而无剪力,这种情况称为纯弯曲。
而AC和DB段内各横截面上既有剪力还有弯矩.这种情况称为横力弯曲(剪切弯曲)。
在推导梁的正应力公式时,为了便于研究,我们从“纯弯曲”的情况进行推导。
F F(a)(b)(c)M 图Fal图 8-2(1)实验观察与分析:为了便于观察,采用矩形截面的橡皮梁进行试验。
实验前,在梁的侧面画上一些水平的纵向线pp 、ss 等和与纵向线相垂直的横向线mm 、nn 等(图8-3a),然后在对称位置上加集中荷载F(图8-3b)。
梁受力后产生对称变形,且可看到下列现象:1)变形前互相平行的纵向直线(pp 、ss 等),变形后均变为互相平行的圆弧线('p 'p 、''s s 等),且靠上部的缩短,靠下部的伸长。